conhecer - aprender - realizar
O que é Eletrônica Digital?
A eletrônica se divide basicamente em duas partes:
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Eletrônica Digital,
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Eletrônica Analógica
A Eletrônica Digital “trabalha” com o sinal eletrônico digital.
A Eletrônica Analógica "trabalha" com sinais eletrônicos analógicos.
Mas qual é a diferença entre as “duas eletrônicas”?
Para responder a isso, vamos fazer uma analogia simples, com exemplos.
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Eletrônica Digital - Sinal Digital
- Imagine uma lâmpada (poderia ser um Led). Só há 2 possibilidades: ou está acesa ou apagada. Ela não pode estar meio-acesa ou meio apagada (figura 1)
Como interpretar isso, do ponto de vista do Sinal Eletrônico Digital?
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Se a lâmpada está acesa (dizemos que está ligada / ON / ou “1” ou "nível 1", mais à frente você entenderá estes termos), isso ocorre porque há uma corrente elétrica que passa pelo fio, e acende a lâmpada.
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Se não houver corrente elétrica a lâmpada está apagada (dizemos que está desligada / OFF / ou “0” ou "nível 0").
Resumindo: O sinal digital só tem 2 possibilidades, que chamamos de “ON" / "1"/ Nível 1 ou OFF” / “0" / Nível 0.
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Eletrônica Analógica - Sinal Analógico
O sinal analógico (figura 2), diferentemente do digital, varia o tempo todo, e não somente em duas posições.
Quase tudo varia continuamente, a temperatura, a nossa voz, uma porta que, entre as posições aberta e fechada tem uma infinidade de posições entre elas.
Resumindo - no sinal digital há somente 2 possibilidades, no analógico, infinitas possibilidades, como mostra a figura 2.
Módulo de Conceptos Básicos 1.1
Electrónica Digital
Definición de electrónica digital ,
Es el área de la Electrónica que se ocupa de las señales digitales, por tanto "0" y "1" (Nivel 0 / Nivel 1). Además, componentes electrónicos digitales específicos están diseñados para funcionar con electrónica digital.
Las Señales Digitales se presentan en 2 niveles, denominados:
"nivel 0" o simplemente "0" (a veces lo llamamos nivel bajo), o
"nivel 1" o simplemente "1", o nivel alto
En la figura 1 se muestra la forma de onda de una señal digital, y como se puede observar, o la señal está en la parte superior (nivel "1") o en la parte inferior (nivel 0)
La mayoría de las señales electrónicas "dentro" de una computadora, teléfono celular, TV, etc., son Señales Digitales.
Si usa un osciloscopio para ver las formas de onda, serán similares a las de la figura 2 (señal digital).
Este equipo (Computadora, celular, etc.) normalmente utiliza componentes electrónicos específicos, llamados Circuitos Integrados digitales, o simplemente ( IC's ).
En los Módulos 2 y 3 veremos cómo funcionan los bloques que componen los circuitos integrados, pero primero es necesario aprender algunos conceptos básicos, que son fundamentales, para entender la Electrónica Digital.
Tipos de señales electrónicas
La señal es cualquier cantidad física (por ejemplo, temperatura) que cambia con el tiempo.
Una señal eléctrica es una cantidad eléctrica (por ejemplo, voltaje, corriente, potencia) que varía con el tiempo.
Una señal analógica es una señal que puede tomar cualquier valor dentro de ciertos límites.
Una señal digital es una señal que puede asumir sólo dos valores "nivel 0" o "nivel 1" .
Niveles de voltaje para señal digital lógica (ver figura 3, representada por amplitud en la figura 1 )
Tanto el "nivel 0" como el "nivel 1" no pueden tener ningún valor de tensión, pero sí dentro de un rango:
Nivel “0” : los valores de voltaje oscilan entre 0 voltios y 0,8 voltios
Nivel "1" : los valores de voltaje oscilan entre 1,2 voltios y 5 voltios.
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El valor del nivel lógico "1" depende de la familia (tipo) del componente, por ejemplo: TTL (5 V) / CMOS (de 3 a 5 V) / LVCMOS (de 1,2 a 3,3 V) ( No te preocupes sobre estas siglas, las veremos más adelante )
¿Y por qué, por ejemplo, el nivel "0" no es un valor fijo? Esto ocurre porque toda señal (ya sea digital o analógica) contiene ruido que trae consigo una serie de problemas. Entonces, para superar el problema del ruido, el valor del voltaje de la señal puede variar en un rango (en el caso de 0 a 0,8 V), hasta el nivel "0".
Así, aunque haya ruido, éste se mantiene dentro de este rango y se considera “nivel 0”.
Sistemas de numeración
Como hemos visto, sólo existen dos valores para las señales digitales: 0 y 1.
Un Sistema Numérico Binario está asociado a estas dos posibilidades (0 y 1), por lo que para números mayores (2 por ejemplo), es necesario repetir el(los) símbolo(s) anterior(es): 0 y/o 1.
Para entenderlo mejor, comencemos con un sistema que todos conocemos: el Sistema Decimal.
Sistemas de números decimales
Desde el inicio de la historia de la humanidad contar, saber expresar cuántas unidades, cosas así, fue algo primordial. Por ello, con el tiempo, surgieron muchos sistemas de numeración que se utilizaron durante algún tiempo, sin embargo, otros sistemas más completos y mejores sustituyeron a los antiguos.
De todos, el Sistema Decimal fue el mejor y más apropiado, y por eso, 1500 años después de su aparición, sigue reinando.
Números y símbolos
Un número es algo que representa una cantidad. Esta es una noción que todos aprendemos desde muy pequeños. Sin embargo, existe la posibilidad de representar una determinada cantidad de diferentes formas, dependiendo del sistema de numeración. Por ejemplo, 1822 se puede escribir como: MLCCCXXII en números romanos.
Símbolos : los símbolos son representaciones gráficas de un sistema, ya sea de numeración o de escritura.
El sistema decimal tiene 10 símbolos (también llamados dígitos): 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 .
A partir del dígito 9, tenemos que repetir los demás dígitos para formar nuevos números.
El sistema numérico decimal es un sistema posicional , es decir, la posición de un dígito modifica su valor.
En el número 121, el primer "1" representa la posición de 100 unidades, el segundo "1" representa sólo una unidad.
El sistema decimal es perfecto para los humanos, pero ¿es lo mismo para las computadoras?
Sistemas de números binarios
Como vimos, en electrónica digital solo tenemos dos valores, por lo que se forma un sistema binario con dos dígitos: 0 y 1 .
Asimismo, el sistema binario también es posicional.
De la tabla, parece confuso usar números como "1011..." cuando podríamos usar el sistema decimal, que es más fácil para nosotros. Pero esto no es cierto para las computadoras.
La razón principal por la que se utiliza el sistema numérico binario en las computadoras electrónicas modernas es la facilidad para representar dos estados (0 y 1, llamados bits) electrónicamente.
Con componentes electrónicos relativamente simples, podemos realizar varias funciones, utilizando la Lógica Binaria, representando cada bit, mediante un circuito que está encendido (con corriente) o apagado (sin corriente).
Conversión del sistema binario a decimal
En el pasado, teníamos que aprender a convertir sistemas numéricos en otros, porque no había otra manera. Actualmente existen cientos de aplicaciones en Internet que hacen esto rápidamente. El propio Windows tiene una aplicación de Calculadora que realiza esta conversión. Así que no nos preocupemos por eso.
Sistema numérico hexadecimal
Como hemos visto, el sistema binario es perfecto para su uso en ordenadores (de hecho, la mayoría de los equipos electrónicos utilizan lógica binaria), pero los números binarios son difíciles de manejar.
Así, desde los inicios del uso del sistema binario, se han ido creando otros sistemas buscando la facilidad de manejo, ya que trabajar con muchos "ceros y unos" es una tarea ardua.
El sistema hexadecimal fue uno de ellos y pasó a ser el principal.
El sistema hexadecimal utiliza 16 símbolos o caracteres: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F.
Los personajes de este sistema también son posicionales.
Para hacernos una idea de la simplificación, el número “1111” en binario se representa por “F” en hexadecimal
Observación ;
También se utilizó un sistema llamado octal (8 caracteres), pero no tanto como el hexadecimal. No lo describiremos aquí, pero hay mucha información al respecto en Internet.
Conversión entre Sistemas Binario - Decimal - Hexadecimal - Octal
Usaremos los mismos argumentos mencionados anteriormente aquí. Busca en Internet aplicaciones o calculadoras, que hacen esto de una forma sencilla, rápida y eficaz.
Operaciones en el sistema binario
Es posible realizar las operaciones básicas (suma, resta, multiplicación y división) en el sistema binario.
Al ser un tema más técnico y fuera del alcance de este artículo, sólo mostraremos una Tabla con estas operaciones aritméticas, sin profundizar más.
En Internet es posible obtener mucha información e incluso ejemplos al respecto, si el lector lo desea.
Bit e Bytes
Um dos conceitos mais fundamentais e importantes, em eletrônica e computação, são os termos Bit e Bytes
Mas o que é um Bit?
O Bit, representa aquele "0 ou 1", visto lá no início deste capítulo, mas na verdade ele é muito mais do que isso "o bit é a menor unidade de informação digital". De fato, a menor informação possível de transmitir ou armazenar, é um bit
O bit é representado pela letra b minúscula
A palavra bit vem do inglês "bynary digit", que significa "dígito binário".
Por exemplo, o número binário "1101" tem 4 bits.
Byte - Um Byte é um conjunto de 8 bits , e é representado pela letra B maiúscula.
Vamos tentar fazer uma analogia bem básica mas prática, para entender melhor:
Imagine uma lâmpada e um fio ligado a ela (esqueçamos que a lâmpada precisa de 2 fios). Se não passa corrente - apagada "bit 0". Se passa corrente - acesa "bit 1"
Agora imagine outro cenário - 8 fios - 8 lâmpadas, acesas e/ou apagadas. Muito mais informação - 8 bits (1 Byte) de "0" e/ou "1", no mesmo período de tempo.
Mas resta uma pergunta, porquê o Byte tem 8 bits (e não 6 ou 10, por exemplo)?
A resposta é a seguinte: com 8 bits há 256 possibilidades (de 0000.0000 até 1111.1111). Esta quantidade (256 em decimal) é suficiente para escrever todas as letras, números, acentos e alguns símbolos, o que era tudo o que se precisava, lá nos primórdios dos computadores, época em que os computadores não tinham imagens (dava pra fazer umas imagens bem toscas, mas....).
Então 6 bits (64 em decimal) é insuficiente, e, 10 bits (1024 em decimal) é muito mais do que o necessário.
Como os bits "transitam" dentro de um computador?
Se os bits andassem um atrás do outro (em eletrônica, chamamos isso de comunicação serial), demoraria uma muito, para fazer qualquer coisa, por isso eles andam em grupos de 8 bits =1 Byte (hoje a comunicação interna pode se dar em 16, 32, ou mesmo em 64 bits).
La Figura 4 es una analogía muy simple de lo que sucede cuando presionamos la tecla "letra A" en un teclado.
En primer lugar, cada letra, acento, etc., se codifica en "0" y "1", en formato de 8 bits, según una tabla llamada ASCII.
Luego, en forma de 1 Byte a la vez, esta información ingresa a la computadora y es identificada. Finalmente se procesan y envían a la pantalla de vídeo para que podamos ver lo que estamos haciendo.
Nota : En muchos casos es necesaria la comunicación serial (la información es bit a bit), sin embargo, "dentro" de las computadoras y celulares, la comunicación es esencialmente paralela (un conjunto de varios bits)
Como ejercicio: Si tu computadora o celular tiene 8 GBytes de memoria, ¿cuántos bits de memoria tiene? Quieres ayuda, haz clic aquí